新能源汽车用永磁同步电机路算程序(自编)

永磁同步电机设计流程永磁同步电机是一种应用广泛的电机类型，具有高效率、高功率因数和高控制精度等优点，因此在许多领域得到了广泛的应用。

设计一台高性能的永磁同步电机需要经过一系列的流程，本文将详细介绍永磁同步电机的设计流程。

一、需求分析在设计永磁同步电机之前，首先需要明确电机的使用需求。

包括电机的功率需求、转速范围、工作环境条件等。

通过对需求的分析，可以为后续的设计提供指导。

二、磁路设计磁路设计是永磁同步电机设计的关键步骤之一。

磁路设计的目标是确定合适的磁路结构和尺寸，以实现预期的性能指标。

在磁路设计中，需要考虑永磁体的选用、磁路的饱和效应、磁路的损耗等因素。

三、电磁设计电磁设计是永磁同步电机设计的另一个重要步骤。

电磁设计的目标是确定合适的绕组结构和参数，以实现预期的性能指标。

在电磁设计中，需要考虑绕组的匝数、线径、绕组方式等因素，以及永磁体和绕组之间的磁场分布和相互作用。

四、机械设计机械设计是永磁同步电机设计的另一个关键步骤。

机械设计的目标是确定合适的机械结构和尺寸，以满足电机的运行要求。

在机械设计中，需要考虑电机的轴承结构、散热结构、防护结构等因素，以及电机的安装方式和连接方式。

五、控制系统设计控制系统设计是永磁同步电机设计的最后一步。

控制系统设计的目标是确定合适的控制策略和参数，以实现电机的稳定运行和精确控制。

在控制系统设计中，需要考虑电机的闭环控制方式、控制器的选择和参数调节等因素，以及电机与其他设备的通讯和配合。

六、样机制造与测试在完成永磁同步电机的设计之后，需要进行样机制造和测试。

样机制造的目标是按照设计要求制造出一台符合性能指标的永磁同步电机。

样机测试的目标是验证电机的性能和功能是否满足设计要求。

通过样机制造和测试，可以进一步改进和优化设计。

七、生产与应用在样机测试通过之后，可以进行电机的批量生产和应用。

在生产过程中，需要注意生产工艺和质量控制，以确保电机的一致性和可靠性。

在应用过程中，需要根据具体的使用场景和需求，对电机进行调试和优化，以实现最佳的性能和效果。

序号名称公式单位一额定数据1额定功率P Nkw2相数m13额定线电压U N1V 额定相电压U NV4额定频率ƒHz5极对数p6额定效率η1N%7额定功率因数cosφ1N8额定相电流I NA9额定转速n Nr/min10额定转矩T NN.m11绝缘等级B级12绕组形式双层二主要尺寸13铁芯材料50W470硅钢片14转子磁路结构形式15气隙长度δcm16定子外径D1cm17定子内径D i1cm永磁同步电动机电磁计算程序以下公式中π取值为3.1418转子外径D2cm19转子内径D i2cm20定、转子铁心长度l1=l2cm21铁心计算长度la=l1cm铁心有效长度l effcm铁心叠压系数K fe净铁心长l Fecm22定子槽数Q1 23定子每级槽数Q p1 24极距τp 25定子槽形梨形槽b s0cmh s0cmb s1cmh s1cmh s2cmrcm26每槽导体数N s1 27并联支路数a1 28每相绕组串联导体数NΦ129绕组线规N11S11mm230槽满率根据N11S11=1.54mm2,线径取d1/d1i=1.4mm/1.46mm,并绕根数N1（1）槽面积s scm2槽楔厚度hcm(2)槽绝缘占面积s icm2h1scm绝缘厚度C icm（3）槽有效面积s ecm2(4)槽满率sf% N1三永磁体计算31永磁材料类型铷铁棚32永磁体结构矩形33极弧系数a p34主要计算弧长b1pcm35主要极弧系数a1p 36永磁体Br温度系数a Br永磁体剩余磁通密度B r20T温度t℃t=80℃时剩余磁通密度B rT37永磁体矫顽力H c20KA/m永磁体H c温度系数a Hct=80℃时矫顽力Hc KA/m 38永磁体相对回复磁导率u ru0H/m39最高工作温度下退磁曲线的拐点b k40永磁体宽度b mcm41永磁体磁化方向厚度h Mcm42永磁体轴向长度l Mcm43提供每级磁通的截面积S M cm2四磁路计算44定子齿距t1cm45定子斜槽宽b skcm46斜槽系数K sk147节距y48绕组系数K dp1(1)分布系数K d1α°q1(2)短距系数K p1β49气隙磁密波形系数K f50气隙磁通波形系数KΦ51气隙系数Kδ52空载漏磁系数σ053永磁体空载工作点假设值b1m054空载主磁通Φδ0W b55气隙磁密Bδ056气隙磁压降δ12cm直轴磁路FδA交轴磁路Fδq 57定子齿磁路计算长度h1t1 58定子齿宽b t159定子齿磁密B t10T60定子齿磁压降F t1A查第2章附录图2E-3得H t10A/cm61定子轭计算高度h1j1cm62定子轭磁路计算长度l1j1cm63定子轭磁密B j10T64定子轭磁压降F j1cm查第2章附录图2C-4得C1查第2章附录图2E-3得H j10A/cm65磁路齿饱和系数K t66每对极总磁压降ΣF adAΣF aqA67气隙主磁导ΛδH68磁导基值ΛbH69主磁导标幺值λδ70外磁路总磁导λ1H71漏磁导标幺值λσ72永磁体空载工作点b m073气隙磁密基波幅值Bδ1T74空载反电动势E0V五参数计算75线圈平均半匝长l zl BcmdcmτycmsinαcosαC s76双层线圈端部轴向投影长f dcm77定子直流电阻R1ΩρΩ.mm2/mS1mm2d1mm78漏抗系数C x79定子槽比漏磁导λS1查第2章附录2A-3得K u1K L１λu1λL 1与假设值误差小于1%,不用重复计算80定子槽漏抗X s181定子谐波漏抗X d1Ω查第2章附录2A-4得ΣS82定子端部漏抗X e1Ω83定子斜槽漏抗X sk1Ω84定子漏抗X1Ω85直轴电枢磁动势折算系数K ad 86交轴电枢磁动势折算系数K aqK q87直轴电枢反应电流X adΩE dVI1dAF adA f1adb madΦδadW b88直轴同步电抗X dΩ89交轴磁化曲线（X aq-Iq）计算六工作性能计算90转矩角θ°91假定交轴电流I1q A92交轴电枢反应电抗X aqΩ见P428页表10-1 Xaq-Iq曲线93交轴同步电抗X qΩ94输入功率P1kwSINθSIN2θCOSθ95直轴电流I d A96交轴电流I q A97功率因数cosφ°ψ°φ°98定子电流I1A99负载气隙磁通ΦδW bEδV 100负载气隙磁密BδT 101负载定子齿磁密B t1T 102负载转子磁密B j2T 103铜耗P cu1W 104鉄耗（1）定子轭重量G j1kg（2）定子齿重量G t1kg(3)单位铁耗查第2章附录2E-4得p t1w/kgp j1w/kg(4)定子齿损耗P t1W(5)定子轭损耗P j1W(6)总损耗P Fe Wk1k2105杂耗P sP sN kw106机械损耗P fw w107总损耗ΣP kw108输出功率P2kw109效率η%110工作特性见P430表10-2111失步转矩倍数K MT max112永磁体额定负载工作点b mNf1adN113电负荷A1A/cmλ1n114电密J1A/mm2115热负荷A1J1（A/cm）（A/mm2）116永磁体最大去磁工作点b mhf1adhI adh Alaobusi算例4.00003.0000360.0000207.846096926.50003.00000.89601.00007.15960155253072.07547170.052314.814.74.8191919.10.9518.053667.7453333330.350.080.680.091.060.443213841.539699259 .4mm/1.46mm,并绕根数N1=11.0449520.20.1572481.150.030.887704 76.8400277610.82 6.4511733330.832911-0.121.22801.13216923-0.12856.544 1.0523700751.26E-063.61.219136.81.290888889 1.678155556 0.9808257135 0.932879761 0.965960169302 0.965753860.8333333331.2300402670.9406348791.2448267171.30.87 0.010365012 0.8411970220.02 1101.610936 833.7137955 1.2966666670.6405444441.793880386233.490 2.576666667 5.344105556 1.114305729 12.980832390.71.735 1.211871535 1347.991769 1080.094628 7.68922E-06 1.50683E-065.1029296776.63380858 1.5308789030.869003789 %,不用重复计算1.034706209201.529426831.682915872327.2568888890.5490852490.8357663494.3414579342.3838305111.7158936780.02171.53861.48.21E-010.9608659780.870.9050.403328710.6744.69E-016.28E-010.02051.65E-015.31E-011.63E+00 0.812981515 0.3251926060.4 6.558622511 193.4528014 1.231451467 158.2920937 0.011846361 0.858709257 0.0099496178.19E+0026.656.312.19根据I1q查表10-1得1.38E+014.44E+000.4483284510.8014937140.8938688943.25E+006.34E+000.9999593942.72E+01-5.17E-017.1248912060.010084516196.07567680.8184327131.7453347461.084150606261.317264623.264103534.2097075396.22.17 26.10018674 50.48310465 166.21667622.52 19.806546740.0227.9841 0.4753245883.97E+008.93E+010.18536125713.360.8611346311.04E-02 176.61978556.643 4.630762516 817.884282 0.4683161174.61E-014.79E+01。

永磁同步电机直流母线电流的估算方法与流程1. 确认系统参数：首先需要确认永磁同步电机的额定功率（P_rated）、额定电压（U_rated）、电机的极对数（p）以及直流母线的电容容值（C_bus）等参数。

2. 确定电机模型：根据永磁同步电机的特性，一般使用dq轴模型进行电流估算，其中包括直流坐标系（ABC）与旋转dq坐标系转换的正反变换。

3. 建立电机模型方程：根据电机模型的dq轴方程，建立电机状态方程，包括电机的磁链方程与电流方程。

4.估算磁链：根据电机模型方程，可以通过电机的输入功率与输出转矩来估算磁链。

5.估算直流母线电流：根据电机模型方程，可以通过估算的磁链及其导数来计算直流母线电流。

具体流程如下：步骤一：确定电机参数首先需要确定永磁同步电机的相关参数，包括额定功率、额定电压和极对数等。

这些参数可以从电机的技术文件或者型号规格表中获取。

步骤二：建立电机模型根据电机的特性，使用dq轴模型进行电流估算。

dq轴模型是基于电机的正反变换理论，可以将电机的三相电路转换为dq轴参考系中的直流电路。

步骤三：建立电机状态方程根据电机的dq轴模型，可以建立电机的状态方程，包括电机的磁链方程与电流方程。

电机的磁链方程描述了磁链与电压之间的关系，电流方程描述了电流与电压、磁链之间的关系。

步骤四：估算磁链根据电机模型方程，可以通过电机的输入功率与输出转矩来估算磁链。

根据电机的输入功率和输出转矩的变化，可以得到电机磁链的变化规律。

步骤五：估算直流母线电流根据电机模型方程，可以通过估算的磁链及其导数来计算直流母线电流。

根据电机的磁链变化率，可以得到直流母线电流的变化规律。

步骤六：电流估算结果分析根据估算得到的直流母线电流和实际测量值进行对比分析。

如果估算值与测量值符合较好，则说明估算方法和流程是可靠的；如果存在较大偏差，则需要调整电机模型或者参数，重新进行估算。

U N2=I N2=P N2=20003000转/分钟p=20m=1U 2/U υ=U υ/U 2=永磁同步发电机设算程序一：主要技术指标：1，直流额定输出：2，升速器传动比：i=i 1,i 2…=3，电机额定转速：n y =in s =4，极对数及相数：二：计算数据：5，整流线路计算数据采用三相桥式整流：三：转子尺寸确定：9，电枢外径：V，M=54.4KP，σ×10000/（fB r H c Kυ）=cm30.51磁钢计算长度（外转子）磁钢横截面积计算四：转子尺寸确定：五：电枢绕组：21，绕组形式：选用双层、叠绕、整距绕组、直槽铁芯（1）磁极漏磁导（2）当转子在自由状态下的附加漏磁导本例题只考虑无极靴星形转子，故不计（1）气隙系数（2）轭部磁路计算长度(3)电枢绕组每相有效匝数六：转子漏磁导：29，无极靴星形转子：λσm =Kσm *λ'σm 式中λ'σm=（5*l M h M /τ-b M +h M υβ其中，由图9-3按 h M /τ-b M ，查的υβ=l'i =π( Di+h j )/2pWef=W 1*Kdp31和33~42计算空载特性（见表9-2）43~44略八：电枢绕组参数：由图9-4按ξ*ξ=h M *λ'σm/μm*b M *100，查的K σm =λa d =4l M *Φv1*10-8=30，有极靴星形转子：七：空载特性：32，气隙系数、轭部磁路计算长度和电枢绕组每相有效匝数K σ（45）绕组尺寸l E=KEπ Di+h j)/2p=。

第5章 调速永磁同步电动机电磁设计程序5.1额定数据和技术要求除特殊注明外，电磁计算程序中的单位均按目前电机行业电磁计算时习惯使用的单位，尺寸以cm(厘米)、面积以cm 2(平方厘米)、电压以V （伏）、电流以A （安）、功率和损耗以（瓦）、电阻和电抗以Ω（欧姆）、磁通以Wb(韦伯)、磁密以T(特斯拉)、磁场强度以A/cm(安培/厘米)、转矩以N （牛顿）为单位。

1. 额定功率15N P kw = 2. 相数 13m =3. 额定线电压1380N U V = 额定相电压Y接法219.39N N U U V ==4. 额定频率50f HZ =5. 电动机的极对数 2P =6. 额定效率94%Nη′= 7. 额定功率因数cos 0.92N ϕ′= 8. 额定相电流55110151026.35cos 3219.390.940.92N N N N N P A A I mU ηϕ××==′′×××=9. 额定转速 60/6050/21500/min N n f P r ==×= 10.额定转矩339.559.5515101095.5.1500N N P N m n ××=×= 11.绝缘等级:B 级 12.绕组形式:单层,交叉Y 接法5.2主要尺寸13.铁心材料50W470硅钢片 14.转子磁路结构形式:内置切向式15.气隙长度0.075cm δ= 16.定子外径126D cm = 17.定子内径117i D cm = 18.转子外径2121720.07516.85i D D cm cm δ=−=(−×)= 19.转子内径26i D cm = 20.定,转子铁心长度1219l l cm == 21.铁心计算长度119a l l cm ==铁心有效长度21920.07519.15eff a l l cm cm δ=+=(+×)= 净铁心长0.951918.05Fe Fe a l K l cm cm ==×=22.定子槽数136Q = 23.定子每极槽数11/236/229p Q Q P ==×= 24.极距1/2 3.1417/2213.352p i D P cm cm τπ==××=25.定子槽形:梨形槽010120.380.770.080.121.400.51s s s s s b cm b cm h cm h cm h cm r cm======26.每槽导体数113s N = 27.并联支路数11α=28.每相导体串联导体数11111361315631s Q N N m αΦ×===×29.绕组线规2111126.35 6.571 4.010N I N S mm J α′===′× 式中,定子电流密度24.01/J A mm ′=,并绕根数13N =, 线径选取12/ 1.6/1.67d d mm mm = 30.槽满率 （1）槽面积()()2221220.510.770.51.520.2 1.592222s s s r b r S h h cm ππ+×+×′=−+=−+= 式中,槽楔厚0.2h cm =,（2）槽绝缘占面积22(2)0.03(2 1.520.51)0.139i i sS C h r cm cm ππ′=+=××+×= 式中，绝缘厚度0.03i C cm =（3）槽有效面积22(1.590.139) 1.451c s i S S S cm cm =−=−=（4）槽满率2211313 1.67%%74.96%1.451S li f c N N d S S ××=== 5.3永磁体的计算31. 永磁材料类型:钕铁硼 32. 永磁磁极结构:矩形33. 极弧系数0.82p α= .对于矩形结构, p α由电磁场数值计算确定34.主极计算弧长()220.07511.098p p p b cm cm ατδ′=+=0.82×13.352+×=35.主极极弧系数/11.098/13.3520.831p p p a b τ′′===36.永磁体剩磁密度201.22BTr =预计工作温度 75t C =o工作温度时的剩磁密度:()0.12[1(20)][1(7520)0.12%] 1.22 1.13920100B t B T T r r −=+−×=+−×−×= B r的温度系数()110.07~0.126%0.12%Br K K α−−=−=−37.永磁体计算矫顽力 20923/c H kA m = 工作温度时的矫顽力为()0.12[1(20)]20100[1(7520)0.12%]923/862.082/H t H c c KA m KA m−=+−×=+−×−×=式中,永磁体H c温度系数0.12Hc a =−.38. 永磁体相对回复磁导率33770 1.1391010 1.052/410862.082410/r r o c B H m H H mµµπµπ−−−−=×=×=××=×式中39. 最高工作温度下退磁曲线的拐点0k b =40. 永磁体宽度 4.6M b cm = 41.永磁体厚度 1.55M h cm = 42.永磁体轴向长度:对于钕铁硼永磁 19M a l l cm ==43.提供每极磁通的截面积: 对于矩形切向式2174.8M m m S b l cm ==5.4磁路计算44.定子齿距111/ 3.1417/36 1.484i t D Q cm cm π==×= 45.定子斜槽宽1 1.483sk b t cm == 46.斜槽系数111111.4832 3.14sin sin 1.483360.9951.4832 3.141.48336sk sk sk b P t Q k b P t Q ππ ×× × ===××× 47.节距y ,定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距1～9,2～10,11～18 48.绕组系数11110.959710.9950.955dp d p sk k k k k ==××= （1）分布系数11111203sin sin 220.95972032236023602036d aq k aq q P a Q ×===×××===oo式中，1q 为定子每极每相槽数，60o 相带时，111/236/2323q Q m P ==××=（2）短距系数111sin1,2p yk m q πββ=== 49.气隙磁密波形系数440.831sin sin 1.22922p f a K ππππ′×===50.气隙磁通波形系数22880.831sin sin 0.94120.8312p pK απππαπΦ′×===′× 51.气隙系数()()()()10210024.40.754.40.751.483 4.40.0750.750.381.483 4.40.0750.750.380.381.188s s s t b K t b b δδδ+=+−××+×=××+×−= 52.空载漏磁系数0 1.28σ= 53. 假设永磁体空载工作点'00.903m b =54.永磁同步电动机空载时永磁体提供的气隙磁通44000100.903 1.139174.8100.0141.28mr m b B S Wb Wb δσ−−′××××Φ===55. 气隙磁密 440100.014100.6610.83113.35219.15p p effB T T L δδατ−−Φ××===′××56.气隙磁压降 (1)直轴磁路()()22270220.661100.02 1.1880.075101148.397410B F K A A δδδδδµπ−−−×=+×=+××=× 式中 20.02cm δ=永磁体延磁化方向与永磁体槽间的间隙。

电机计算与磁场分析1.1 计算程序及算例注：计算采用手算和MathCAD 计算结合使用的方法所以计算结果保留到小数点后三位。

一、 额定数据1．额定功率 5KW N P =2．相数 3m =3．额定电压 直流输出电压 40V d U =额定相电压 217.949V 2.34d N U U +== 三相桥整流考虑二极管压降4．功率因数 cos 0.8ϕ= sin 0.6ϕ=5．额定相电流 310116.071A cos N N N P I m U ϕ⨯==⋅⋅ 6．效率 0.9N η=7．额定转速 100000rpm N n = 8．预取极对数 2p =9．频率 3333Hz 60N pnf ==10．冷却方式 空气冷却 11．转子结构 径向套环12．电压调整率 20%N U ∆≤二、永磁材料选择13．材料牌号 NSC27G 烧结钐钴材料，主要考虑到高温工作环境 该材料高温下退磁小。

14．预计温度 T= 250C 15.剩余磁通密度 20 1.0T r B =0.03%B r rB α=----的温度系数 0r I L B =---的不可逆损失率工作温度下 201(20)(1)0.931T100100Br r r IL B t B α⎡⎤=+--=⎢⎥⎣⎦ 16.计算矫顽力 20760kA/m c H =工作温度下 201(20)(1)707.56KA/m 100100Br C r IL H t H α⎡⎤=+--=⎢⎥⎣⎦17.相对回复磁导率 3010 1.047rr C B H μμ-=⨯=式中 70410H /m μπ-=⨯ 三、永磁体尺寸18．永磁体磁化方向长度 0.35cm M h =19．永磁体宽度 1.56cm M b =20．永磁体轴向长度 5.35cm M L = 21．永磁体段数 1W =22．永磁体每极截面积 28.346cm M M M A L b == 23．永磁体每对极磁化方向长度 20.7cm MP M h h == 24．永磁体体积 311.684cm m M MP V PA h == 25．永磁体质量 31095.812g m m m V ρ-=⨯= 稀土钴材料密度 38.2g/cm ρ=四、转子结构尺寸26．气隙长度 10.19cm δδ=∆+= 均匀气隙空气隙长度10.03cm δ= 非磁性套环长度 0.16cm ∆=27．转子外径 2 3.0cm D = 28．轴孔直径 2 1.0cm i D =29．转子铁心长度 2 5.35cm M L L ==30．衬套厚度 222()0.49cm 2i M h D D h h --∆+==31．极距 2(2)2.105cm 2D pπτ-∆== 径向瓦片形32．极弧系数 0.74p α=33．极间宽度 2(1)0.547cm p b ατ=-= 五、定子绕组和定子冲片34．定子外径 1 4.8cm D =35．定子内径 1212 3.06cm i D D δ=+= 36. 定子铁心长度 1 5.35cm M L L ==长径比λ＝1.7537．每极每相槽数 1q =38. 定子槽数 212Q mpq ==39．绕组节距 3y = 整距绕组,影响下面一些系数40. 短距系数 180sin 12p K β==41. 分布因数 1d K = 42.斜槽因数 1sk K =43.绕组因数 1dp d p sk K K K K ==波形系数 sin()20.91.024i iK φαπα⋅==44.预估永磁体空载工作点 '00.67m b = 工作点范围在0.55-0.75Br 内但高速电机应取小一些。

永磁同步电机计算实例
永磁同步电机（PMSM）的控制涉及到多个步骤，包括电流检测、坐标变换、电流控制和电压矢量计算。

下面是一个简单的PMSM计算实例，涵盖了这
些主要步骤：
1. 电流检测：使用霍尔效应电流传感器来测量三相定子电流。

假设测得的三相电流分别为ia、ib和ic。

2. 坐标变换：将三相电流从静止坐标系转换为两相坐标系。

在这个例子中，采用Park变换将三相电流ia、ib、ic转换为两相坐标系上的电流iα和iβ。

这个变换的公式如下：
iα = ia + (√3 / 2) ib - (1 / 2) ic
iβ = (1 / 2) ib + (√3 / 2) ic - ia
3. 电流控制：根据控制环的设定，计算出d轴和q轴的电流参考值Idref和Iqref。

然后，将实际测得的iα和iβ与参考值进行比较，得到误差信号。

4. 电压矢量计算：使用比例积分（PI）控制器来调节误差信号，并生成相应的电压矢量。

在PMSM中，通常使用电压矢量脉宽调制（SVPWM）来生
成控制电压。

根据误差信号和当前角度，可以估算出新的电压矢量，并确定SVPWM的占空比。

5. 角度估算：使用传感器（如光电编码器或旋转变压器）来测量电机的位置和速度。

根据这些测量值，可以估算出电机的角度。

这个角度用于坐标变换和电压矢量计算。

请注意，上述步骤是一个简化的示例，实际的PMSM控制算法可能更加复杂。

此外，还需要考虑其他因素，如电机参数、控制环路设计、电机热管理、电磁噪声等。

新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，新能源汽车作为清洁、高效的交通方式，受到了越来越多的关注和推广。

新能源汽车驱动用永磁同步电机作为新能源汽车的核心部件，其性能直接影响到汽车的动力性、经济性和环保性。

因此，对新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计进行研究，对于推动新能源汽车产业的发展具有重要意义。

本文旨在探讨新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计原理、设计方法及优化策略。

对永磁同步电机的基本原理和特点进行介绍，包括其工作原理、结构特点以及与传统电机的区别。

详细介绍永磁同步电机的设计方法，包括电机参数的确定、电磁设计、热设计、强度设计等方面，并给出具体的设计流程和注意事项。

在此基础上，探讨永磁同步电机的优化策略，包括材料优化、结构优化、控制策略优化等，以提高电机的性能和经济性。

结合具体案例，分析永磁同步电机在新能源汽车中的应用和实际效果，为新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计提供有益的参考和借鉴。

通过本文的研究，希望能够为新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计提供理论支持和实践指导，推动新能源汽车产业的可持续发展。

二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种利用永磁体产生磁场，实现电能与机械能转换的装置。

其基本原理与传统的电励磁同步电机相似，但省去了励磁绕组和励磁电源，从而提高了效率并简化了结构。

PMSM的核心组成部分包括定子、转子和永磁体。

定子通常由多层绝缘铜线绕制而成，形成电磁场。

转子则装有永磁体，这些永磁体产生的磁场与定子中的电磁场相互作用，产生转矩，从而驱动电机旋转。

在PMSM中，电机的旋转速度与供电电源的频率和电机极数有着严格的关系，这也是其被称为“同步电机”的原因。

当电机通电时，定子中产生的旋转磁场会拖动转子上的永磁体旋转，而由于永磁体的磁场是固定的，因此转子会跟随定子磁场的旋转而旋转，从而实现电能到机械能的转换。

序号名称公式单位一额定数据1额定功率P Nkw2相数m13额定线电压U N1V 额定相电压U NV4额定频率ƒHz5极对数p6额定效率η1N%7额定功率因数cosφ1N8额定相电流I NA9额定转速n Nr/min10额定转矩T NN.m11绝缘等级B级12绕组形式双层二主要尺寸13铁芯材料50W470硅钢片14转子磁路结构形式15气隙长度δcm16定子外径D1cm17定子内径D i1cm永磁同步电动机电磁计算程序以下公式中π取值为3.1418转子外径D2cm19转子内径D i2cm20定、转子铁心长度l1=l2cm21铁心计算长度la=l1cm铁心有效长度l effcm铁心叠压系数K fe净铁心长l Fecm22定子槽数Q1 23定子每级槽数Q p1 24极距τp 25定子槽形梨形槽b s0cmh s0cmb s1cmh s1cmh s2cmrcm26每槽导体数N s1 27并联支路数a1 28每相绕组串联导体数NΦ129绕组线规N11S11mm230槽满率根据N11S11=1.54mm2,线径取d1/d1i=1.4mm/1.46mm,并绕根数N1（1）槽面积s scm2槽楔厚度hcm(2)槽绝缘占面积s icm2h1scm绝缘厚度C icm（3）槽有效面积s ecm2(4)槽满率sf% N1三永磁体计算31永磁材料类型铷铁棚32永磁体结构矩形33极弧系数a p34主要计算弧长b1pcm35主要极弧系数a1p 36永磁体Br温度系数a Br永磁体剩余磁通密度B r20T温度t℃t=80℃时剩余磁通密度B rT37永磁体矫顽力H c20KA/m永磁体H c温度系数a Hct=80℃时矫顽力Hc KA/m 38永磁体相对回复磁导率u ru0H/m39最高工作温度下退磁曲线的拐点b k40永磁体宽度b mcm41永磁体磁化方向厚度h Mcm42永磁体轴向长度l Mcm43提供每级磁通的截面积S M cm2四磁路计算44定子齿距t1cm45定子斜槽宽b skcm46斜槽系数K sk147节距y48绕组系数K dp1(1)分布系数K d1α°q1(2)短距系数K p1β49气隙磁密波形系数K f50气隙磁通波形系数KΦ51气隙系数Kδ52空载漏磁系数σ053永磁体空载工作点假设值b1m054空载主磁通Φδ0W b55气隙磁密Bδ056气隙磁压降δ12cm直轴磁路FδA交轴磁路Fδq 57定子齿磁路计算长度h1t1 58定子齿宽b t159定子齿磁密B t10T60定子齿磁压降F t1A查第2章附录图2E-3得H t10A/cm61定子轭计算高度h1j1cm62定子轭磁路计算长度l1j1cm63定子轭磁密B j10T64定子轭磁压降F j1cm查第2章附录图2C-4得C1查第2章附录图2E-3得H j10A/cm65磁路齿饱和系数K t66每对极总磁压降ΣF adAΣF aqA67气隙主磁导ΛδH68磁导基值ΛbH69主磁导标幺值λδ70外磁路总磁导λ1H71漏磁导标幺值λσ72永磁体空载工作点b m073气隙磁密基波幅值Bδ1T74空载反电动势E0V五参数计算75线圈平均半匝长l zl BcmdcmτycmsinαcosαC s76双层线圈端部轴向投影长f dcm77定子直流电阻R1ΩρΩ.mm2/mS1mm2d1mm78漏抗系数C x79定子槽比漏磁导λS1查第2章附录2A-3得K u1K L１λu1λL 1与假设值误差小于1%,不用重复计算80定子槽漏抗X s181定子谐波漏抗X d1Ω查第2章附录2A-4得ΣS82定子端部漏抗X e1Ω83定子斜槽漏抗X sk1Ω84定子漏抗X1Ω85直轴电枢磁动势折算系数K ad 86交轴电枢磁动势折算系数K aqK q87直轴电枢反应电流X adΩE dVI1dAF adA f1adb madΦδadW b88直轴同步电抗X dΩ89交轴磁化曲线（X aq-Iq）计算六工作性能计算90转矩角θ°91假定交轴电流I1q A92交轴电枢反应电抗X aqΩ见P428页表10-1 Xaq-Iq曲线93交轴同步电抗X qΩ94输入功率P1kwSINθSIN2θCOSθ95直轴电流I d A96交轴电流I q A97功率因数cosφ°ψ°φ°98定子电流I1A99负载气隙磁通ΦδW bEδV 100负载气隙磁密BδT 101负载定子齿磁密B t1T 102负载转子磁密B j2T 103铜耗P cu1W 104鉄耗（1）定子轭重量G j1kg（2）定子齿重量G t1kg(3)单位铁耗查第2章附录2E-4得p t1w/kgp j1w/kg(4)定子齿损耗P t1W(5)定子轭损耗P j1W(6)总损耗P Fe Wk1k2105杂耗P sP sN kw106机械损耗P fw w107总损耗ΣP kw108输出功率P2kw109效率η%110工作特性见P430表10-2111失步转矩倍数K MT max112永磁体额定负载工作点b mNf1adN113电负荷A1A/cmλ1n114电密J1A/mm2115热负荷A1J1（A/cm）（A/mm2）116永磁体最大去磁工作点b mhf1adhI adh Alaobusi算例4.00003.0000360.0000207.846096926.50003.00000.89601.00007.15960155253072.07547170.052314.814.74.8191919.10.9518.053667.7453333330.350.080.680.091.060.443213841.539699259 .4mm/1.46mm,并绕根数N1=11.0449520.20.1572481.150.030.887704 76.8400277610.82 6.4511733330.832911-0.121.22801.13216923-0.12856.544 1.0523700751.26E-063.61.219136.81.290888889 1.678155556 0.9808257135 0.932879761 0.965960169302 0.965753860.8333333331.2300402670.9406348791.2448267171.30.87 0.010365012 0.8411970220.02 1101.610936 833.7137955 1.2966666670.6405444441.793880386233.490 2.576666667 5.344105556 1.114305729 12.980832390.71.735 1.211871535 1347.991769 1080.094628 7.68922E-06 1.50683E-065.1029296776.63380858 1.5308789030.869003789 %,不用重复计算1.034706209201.529426831.682915872327.2568888890.5490852490.8357663494.3414579342.3838305111.7158936780.02171.53861.48.21E-010.9608659780.870.9050.403328710.6744.69E-016.28E-010.02051.65E-015.31E-011.63E+00 0.812981515 0.3251926060.4 6.558622511 193.4528014 1.231451467 158.2920937 0.011846361 0.858709257 0.0099496178.19E+0026.656.312.19根据I1q查表10-1得1.38E+014.44E+000.4483284510.8014937140.8938688943.25E+006.34E+000.9999593942.72E+01-5.17E-017.1248912060.010084516196.07567680.8184327131.7453347461.084150606261.317264623.264103534.2097075396.22.17 26.10018674 50.48310465 166.21667622.52 19.806546740.0227.9841 0.4753245883.97E+008.93E+010.18536125713.360.8611346311.04E-02 176.61978556.643 4.630762516 817.884282 0.4683161174.61E-014.79E+01。

徐衍亮　1966年12月生,于1989年、1994年、2001年分别在山东工业大学、沈阳工业大学获学士、硕士、博士学位,副教授。

现在北京航空航天大学博士后流动站工作。

研究方向为永磁电机及其控制。

电动汽车用永磁同步电动机场路结合设计计算山东大学　(济南市,250061)　徐衍亮沈阳工业大学特种电机研究所　唐任远 摘要　本文针对电动汽车驱动的特点,对永磁同步电动机的设计计算进行了研究,提出永磁同步电动机的场路结合设计计算方法。

设计计算结果同试验结果的对比表明,本文提出的场路结合计算方法具有较高的计算精度。

关键词　电动汽车　永磁同步电动机　场路结合Study on Field 2circuit CoupledDesign of PMSM Used in E lectric V ehicle　Xu Yanliang ,T ang R enyuan Abstract :The design of permanent magnet synchronous m otor (PMS M )used in electric vehicle (E V )is described in this paper.The effectiveness of the presented field 2circuit coupled method of PMS M is verified through prototype machine test. K ey w ords :Electric vehicle Permanent magnet synchronous m otor Field 2circuit coupled method 1　引言随全球石油危机及环境污染的加剧,电动汽车的研究开发得到各国政府、汽车制造厂家及科研院所的普遍重视和广泛关注,新品电动汽车层出不穷,并迅速推向市场。

电动汽车的关键问题是一次充电续行里程和价格,在目前车载蓄电池技术未能突破的前提下,缓解这一关键问题的主要因素是电动汽车的电驱动系统。

硕士学位论文二0一五 年 六 月作者姓名 指导教师 学科专业控制工程 电动汽车用永磁同步电机控制系统设计Design of permanent magnet synchronous motor control systemfor electric vehicle摘要本文在开始先介绍了研究电动汽车的背景及其意义，并介绍了电动汽车在国内外的发展现状，然后从电动汽车的燃油经济性，驱动性，安全性及舒适度，三个方面分析了电动汽车比其他燃料汽车存在的优越性。

电动机是电动汽车的核心部件，本文中从其驱动方式把电动机分为四大类，直流有刷电动机，永磁同步电动机，永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机。

本章从工作原理与性能方面分析了，这四种电动机各存在的优点和不足。

从中得出永磁同步电动机是电动汽车比较理想的选择。

本文刚开始介绍了永磁同步电动机PMSM的三种不同的控制方式，恒压频比控制，矢量控制，直接转矩控制，并从三者之间比较得出，PMSM采用直接转矩控制DTC的方式有着比其他两者更好的稳定性。

随后从永磁同步电动机PMSM的结构及其特点，分析了其优越性，并建立数学模型，根据空间矢量坐标关系推导出PMSM的在各坐标系下DTC的原理。

本章分析了定子磁链与电磁转矩的估算和滞环控制，通过其原理研究了开关表控制的方式，并对PMSM的直接转矩控制DTC的Matlab/Simulink仿真，最终得出了DTC 较其它控制方式的稳定性。

其次分析了永磁同步电机PMSM的直接转矩控制DTC存在的诸多缺点，并提出基于SVM技术的SVPWM的控制方式，即空间矢量调制DTC控制策略，通过Matlab/Simulink仿真，得出SVPWM比PMSM DTC有着更好的稳定性。

TI公司推出的TMS320F2812 DSP芯片的控制系统设计，从硬件电路的设计和软件的设计，两个方面研究了该芯片。

DSP硬件方面包含了智能模块的自保护特性，并设计了检测电路，保护电路，驱动电路和CAN通信等模块，软件系统方面分析了，其初始化流程图，接收流程图等。

永磁直流电动机电磁计算程序以下是一个简单的永磁直流电动机电磁计算程序的示例：```pythonimport math#输入电机参数voltage = float(input("请输入电机电压（伏）："))current = float(input("请输入电机电流（安）："))speed = float(input("请输入电机转速（转/分钟）："))#计算电机电磁力flux_density = 0.95 # 磁通密度（特斯拉）pole_pairs = 2 # 极对数armature_length = 0.1 # 电枢长度（米）force_constant = 2 * math.pi * pole_pairs * flux_density * armature_length # 电机电磁力常数（牛）force = force_constant * current#计算电机功率和效率power = voltage * currentefficiency = power / (force * speed)#输出计算结果print("电磁力：", force, "牛")print("功率：", power, "瓦")print("效率：", efficiency * 100, "%")```在上述示例程序中，首先通过`input`函数获取用户输入的电机参数，包括电压、电流和转速。

然后，根据给定的参数计算电机的电磁力、功率和效率。

电机电磁力的计算使用了一些基本的电磁学公式，如电机电磁力常数的计算公式为`2 * math.pi * pole_pairs * flux_density *armature_length`，其中`math.pi`为圆周率，`pole_pairs`为极对数，`flux_density`为磁通密度，`armature_length`为电枢长度。

新能源汽车驱动永磁同步电机的设计摘要：目前，用于电动车的永磁同步电动机的调速系统以其结构简单、运行可靠、效率高、维护量小等优点，发展得越来越快。

由于单位功率因数控制策略能节省变流器容量，缩小变流器体积，减少工业成本，在电动车工业领域具有广阔的前景。

文章从永磁网步电机的概述出发，重点讨论了新能源汽车驱动永磁同步电机的设计。

关键词：新能源汽车；汽车驱动；永磁同步；电机设计引言近年来迫于石油资源短缺、环境污染严重以及全球气候变暖趋势的压力，各国政府都在力推节能减排，而新能源汽车以其低排放、低污染特性得到各国政府的大力扶持，其发展形势如火如茶。

与同规格其他类型的电机相比，永磁同步电机性能更加可靠，功率密度、效率以及转矩电流比更高，运行时振动和噪声水平更低，这种优异的性能推动了新能源汽车驱动系统向着永磁化的方向大步迈进，成为了整个新能源汽车行业乃至轨道机车行业的发展方向。

一、永磁同步电机的概述永磁同步电机的体积小、噪声低、效率高、功率密度较大，在电力电子技术与现代控制理论迅速发展的大环境下，这些优点使PISM渐渐得到了广泛的应用。

永磁同步电机的直接转矩控制（DTC）是在失最控制发展日渐成熟之后兴起的另一种高性能交流调速技术。

由于拥有控制结构简洁、动态响应较快、对电机参数依赖较少等特点，直接转矩控制已成为学术界研究的热点。

在现代交流调速系统领域中，速度传感器由于存在降低系统可靠性，增加系统成本等问题，已经大大制约了交流传动系统的发展，所以采用无速度传感器的调速方案是当今国内外研究的趋势。

永磁同步电机无速度传感器的研究方法主要有基于磁链位置的估算法、基于反电动势法、滑膜观测器法、扩展卡尔曼滤波法、高频注入法、人工智能估算法、模型参考自适应法（MRAS）。

因为模型多考自适应法具有控制相对简单面且精度高的优点，所以本文将模型参考自适应法应用到永磁同步电机调速系统当中。

将永盛同步电机本身作为参考模型，将含有转子转速的模型作为可调模型，采用并联型结构进行速度辨识，两个模型的输出量物理意义相同。

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永磁同步电动机电磁计算程序序号名称公式单位一额定数据1额定功率P Nkw2相数m13额定线电压U N1V 额定相电压U NV4额定频率?Hz5极对数p6额定效率η1N%7额定功率因数cosυ1N8额定相电流I NA9额定转速n Nr/min10额定转矩T NN.m11绝缘等级B级12绕组形式双层二主要尺寸13铁芯材料50W470硅钢片14转子磁路结构形式15气隙长度δcm16定子外径D1cm17定子内径D i1cm永磁同步电动机电磁计算程序以下公式中π取值为3.1418转子外径D2cm19转子内径D i2cm20定、转子铁心长度l1=l2cm21铁心计算长度la=l1cm铁心有效长度l effcm铁心叠压系数K fe净铁心长l Fecm22定子槽数Q1 23定子每级槽数Q p1 24极距τp 25定子槽形梨形槽b s0cmcmb s1cmh s1cmh s2cmrcm26每槽导体数N s1 27并联支路数a1 28每相绕组串联导体数NΦ129绕组线规N11S11mm230槽满率根据N11S11=1.54mm2,线径取d1/d1i=1.4mm/1.46mm,并绕根数N1（1）槽面积s scm2槽楔厚度hcm(2)槽绝缘占面积s icm2h1scm绝缘厚度C icm（3）槽有效面积s e(4)槽满率sf% N1三永磁体计算31永磁材料类型铷铁棚32永磁体结构矩形33极弧系数a p34主要计算弧长b1pcm35主要极弧系数a1p 36永磁体Br温度系数a Br永磁体剩余磁通密度B r20T温度t℃t=80℃时剩余磁通密度B rT37永磁体矫顽力H c20KA/m永磁体H c温度系数a Hct=80℃时矫顽力Hc KA/m 38永磁体相对回复磁导率u ru0H/m39最高工作温度下退磁曲线的拐点b k40永磁体宽度b m41永磁体磁化方向厚度h Mcm42永磁体轴向长度l Mcm43提供每级磁通的截面积S M cm2四磁路计算44定子齿距t1cm45定子斜槽宽b skcm46斜槽系数K sk147节距y48绕组系数K dp1(1)分布系数K d1α°q1(2)短距系数K p1β49气隙磁密波形系数K f50气隙磁通波形系数KΦ51气隙系数Kδ52空载漏磁系数σ053永磁体空载工作点假设值b1m054空载主磁通Φδ0Wb55气隙磁密Bδ056气隙磁压降δ12cm直轴磁路FδA交轴磁路Fδq 57定子齿磁路计算长度h1t1 58定子齿宽b t159定子齿磁密B t10T60定子齿磁压降F t1A查第2章附录图2E-3得H t10 A/cm61定子轭计算高度h1j1cm62定子轭磁路计算长度l1j1 cm63定子轭磁密B j10T64定子轭磁压降F j1查第2章附录图2C-4得C1查第2章附录图2E-3得H j10 A/cm65磁路齿饱和系数K t66每对极总磁压降ΣF adAΣF aqA67气隙主磁导ΛδH68磁导基值ΛbH69主磁导标幺值λδ70外磁路总磁导λ1H71漏磁导标幺值λσ72永磁体空载工作点b m073气隙磁密基波幅值Bδ1T74空载反电动势E0V五参数计算75线圈平均半匝长l zl BdcmτycmsinαcosαC s76双层线圈端部轴向投影长f d cm77定子直流电阻R1ΩρΩ.mm2/mS1mm2d1mm78漏抗系数C x79定子槽比漏磁导λS1查第2章附录2A-3得K u1K L１λu1λL 1与假设值误差小于1%,不用重复计算80定子槽漏抗X s181定子谐波漏抗X d1Ω查第2章附录2A-4得ΣS82定子端部漏抗X e1Ω83定子斜槽漏抗X sk1Ω84定子漏抗X1Ω85直轴电枢磁动势折算系数K ad 86交轴电枢磁动势折算系数K aqK q87直轴电枢反应电流X adΩE dVI1dAF adA f1adb madΦδadW b88直轴同步电抗X dΩ89交轴磁化曲线（X aq-Iq）计算六工作性能计算90转矩角θ°91假定交轴电流I1q A92交轴电枢反应电抗X aqΩ见P428页表10-1 Xaq-Iq曲线93交轴同步电抗X qΩ94输入功率P1kwSINθSIN2θCOSθ95直轴电流I d A 96交轴电流I q A 97功率因数cosυ°ψ°υ°98定子电流I1A99负载气隙磁通ΦδW bEδV 100负载气隙磁密BδT 101负载定子齿磁密B t1T 102负载转子磁密B j2T 103铜耗P cu1W 104鉄耗（1）定子轭重量G j1kg（2）定子齿重量G t1kg(3)单位铁耗查第2章附录2E-4得p t1w/kgp j1w/kg(4)定子齿损耗P t1W(5)定子轭损耗P j1W(6)总损耗P Fe Wk1k2105杂耗P sP sN kw106机械损耗P fw w107总损耗ΣP kw108输出功率P2kw109效率η%110工作特性见P430表10-2111失步转矩倍数K MT max112永磁体额定负载工作点b mNf1adN113电负荷A1A/cmλ1n114电密J1A/mm2115热负荷A1J1（A/cm）（A/mm2）116永磁体最大去磁工作点b mhf1adhI adh Alaobusi算例4.00003.0000360.0000207.846096926.50003.00000.89601.00007.15960155253072.07547170.052314.814.7191919.10.9518.053667.7453333330.350.080.680.091.060.443213841.539699259 .4mm/1.46mm,并绕根数N1=1 1.0449520.20.1572481.150.030.887704 76.8400277610.82 6.4511733330.832911-0.121.221.13216923-0.12856.544 1.0523700751.26E-063.61.219136.81.290888889 1.678155556 0.9808257135 0.932879761 0.965960169302 0.965753860.8333333331.2300402670.9406348791.2448267171.30.87 0.010365012 0.8411970220.02 1101.610936 833.7137955 1.2966666670.6405444441.793880386233.490 2.576666667 5.344105556 1.114305729 12.980832390.71.735 1.211871535 1347.991769 1080.094628 7.68922E-06 1.50683E-065.1029296776.63380858 1.5308789030.869003789 %,不用重复计算1.034706209201.529426831.682915872327.2568888890.5490852490.8357663494.3414579342.3838305111.7158936780.02171.53861.48.21E-010.9608659780.870.9050.403328710.6744.69E-016.28E-010.02051.65E-015.31E-011.63E+00 0.812981515 0.3251926060.4 6.558622511 193.4528014 1.231451467 158.2920937 0.011846361 0.858709257 0.0099496178.19E+0026.656.312.19根据I1q查表10-1得1.38E+014.44E+000.4483284510.8014937140.8938688943.25E+006.34E+000.9999593942.72E+01-5.17E-017.1248912060.010084516196.07567680.8184327131.7453347461.084150606261.317264623.264103534.2097075396.22.17 26.10018674 50.48310465 166.2166762 2.52 19.806546740.0227.9841 0.4753245883.97E+008.93E+010.18536125713.360.8611346311.04E-02 176.61978556.643 4.630762516 817.884282 0.468316117 4.61E-01。